超声空化微泡：消融肿瘤于无形

超声大家都很熟悉。我们最常见的就是去医院的超声科做影像检查。但超声的作用可不止进行成像。超声是指频率超过人耳可听到的最高阈值20kHZ的声波。它方向性好，反射力强，利用超声聚焦透镜可以像光一样进行聚焦，产生超强聚焦超声（HIRF）。超强聚焦超声还可以产生神奇的空化现象——超声波引起水中压力的起伏变化，产生负压，水中的空气核在负压的作用下长大可形成几十纳米到肉眼可见的空化气泡。气泡崩溃释放能量可形成局部高温，高压，微射流冲击波等现象。水滴穿石、超声清洗都是这些空化微泡内爆造成。在生物医学上，这种超声空化气泡也可以实现对生物组织的消融。

超声清洗原理

美国密歇根大学生物医学工程系徐蓁教授是最早将超声空化微泡用于生物医学组织消融的研究者之一，并将其命名为超声组织消融术（histotripsy）。Histotripsy是一种非侵入式、非电离和非热蚀的力学消蚀技术。它利用微秒持续时间的、低占空比的高压强超声脉冲透过体表在目标组织部位产生空化微气泡。微气泡的迅速膨胀和破裂所产生的高度应变会破坏目标部位的细胞结构，使之成为脱细胞化的液态匀浆。液态匀浆后期可以被正常组织吸收或代谢掉，消融于“无形“，”这样便能以毫米精度来实现目标组织的“摧毁”。由于超声脉冲的低占空比（脉冲时间/总治疗时间<< 1%），这一技术不会对其他外围组织或器官造成非必要的热损伤。而且，目前还可以利用超声成像来进行实时的诊疗引导，利用磁共振成像来实现术后跟踪观察。在以往的研究中，他们利用该技术已经在动物模型（猪和大鼠）中实现了非癌性肝组织的非侵入式的消蚀。

超声组织消融术的实验示意图

本期BME Frontiers报道了徐蓁教授及其合作者利用超声组织切除术实现大鼠原位肝肿瘤的消融治疗。该研究采用部分和完全消蚀肝肿瘤的思路，利用超声组织消融术Histotripsy对原位肿瘤进行了治疗处理，并使用磁共振成像对术后部位进行了长达三个月的每周定期观察。观察结果表明， 93.3%（14/15）的大鼠肿瘤治疗后两个月内缩小到完全消除，3个月后无复发，且无证据表明组织切除对其他非目标组织造成了损伤。在15只治疗大鼠中有6只大鼠只做了50-75%局部肿瘤消融，这其中5只大鼠治疗后也达到了肿瘤完全消除，可能是由于超声组织消融术引起的自身免疫反应。

Histotripsy全部或部分消融的肿瘤在3个月后消失

这一研究证明在动物肝癌模型中，超声组织切除术对于实施非侵入性肿瘤消蚀具有高安全性，且肿瘤复发风险低。该课题组正在进一步评估原发性肿瘤超声组织切除术消蚀对远处转移瘤的影响。未来的研究也将继续探索超声组织切除术的安全性、有效性和生物学效应，以期早日实现其临床应用与转化。

原文链接：

https://spj.sciencemag.org/journals/bmef/2020/9830304/

通讯作者简介

徐蓁，美国密歇根大学生物医学工程系教授，副主任。国际超声治疗学会董事会成员，美国生物医学工程学会会士。

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世界知名超声专家，十几年来一直致力于超声组织切除术(Histotripsy)的研发，是该技术的主要发明者之一，取得的研究成果全球领先。超声组织切除术通过在体外用微秒级的高强度超声脉冲产生空化微气泡来“摧毁”目标组织。她的研究结果证明了超声组织切除术可以有效并且安全地用于血栓清除、肝癌治疗及脑部疾病治疗。

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About BME Frontiers

BME Frontiers(《生物医学工程前沿》)是中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(SIBET CAS)与美国科学促进会(AAAS)/Science合作出版的开放获取国际学术期刊。期刊旨在为生物医学工程这一交叉学科提供一个高效的交流平台，以推动领域内的科学家、工程师和临床医学专家及时地交流，共同促进人类健康。关注在致病机理研究和疾病预防、诊断、治疗及评估方面取得的突破性进展，包括概念、设备、材料、组织、过程和方法。致力于报道临床前的基础研究、转化医学和临床研究的成果。

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